數(shù)字化技術(shù)在現(xiàn)代公路測量中的應(yīng)用

劉杰

（西北民航機(jī)場建設(shè)有限責(zé)任公司，陜西 西安 710075）

測量在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和國防事業(yè)中起著十分重要的作用。在公路工程建設(shè)中，無論公路、橋梁或隧道，從勘測設(shè)計、施工到竣工都離不開測量工作。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，測量儀器也在不斷的更新?lián)Q代和創(chuàng)新發(fā)展。測量中使用的也已經(jīng)不再僅僅是鋼尺、花桿、垂球、羅盤儀、經(jīng)緯儀、平板儀等簡單獨立工具，更多的先進(jìn)技術(shù)已廣泛地應(yīng)用于公路測量之中。本文僅就當(dāng)前公路測量領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用的幾種數(shù)字化技術(shù)進(jìn)行簡單介紹。

1 三維實體建模技術(shù)在公路測量中的應(yīng)用[1]

公路是平、縱、橫三方面組成的條帶狀的復(fù)雜的空間幾何形體，其外形是否美觀、與周圍環(huán)境是否協(xié)調(diào)，可運用公路陸續(xù)透視圖、動態(tài)連續(xù)透視圖、全景透視圖或三維模型進(jìn)行檢驗與評價。

三維實體模型與傳統(tǒng)線框模型和曲面模型相比，是一種最為完善的幾何模型，可以很方便地對它進(jìn)行任意斷面的剖切，能夠得到工程應(yīng)用中所需要的各種信息，因此公路三維實體模型在公路工程建設(shè)中將會有非常美好的應(yīng)用前景，具體表現(xiàn)在如下幾方面:

利用公路三維實體模型可以形象逼真地描繪出整個公路在設(shè)計過程中的狀態(tài)，可以讓設(shè)計人員、工程管理人員、決策者事先直接全面地了解工程的情況，加快工程的設(shè)計、審批速度，更快地進(jìn)入施工程序。

在保存圖的時候可以不必保存某些二維圖，只要通過剖切功能就可以容易地得到，這樣使圖的保存工作更加的簡潔。

利用公路三維實體模型可以實現(xiàn)三維關(guān)聯(lián)優(yōu)化設(shè)計。公路的設(shè)計過程是一個反復(fù)比選的過程，當(dāng)發(fā)現(xiàn)土方量過大、橫斷面與實際地面組合不很合理、挖填方嚴(yán)重失衡、邊坡較高或受地質(zhì)條件的限制而需要不斷地調(diào)整平面中心線、縱坡等時，應(yīng)用三維關(guān)聯(lián)優(yōu)化就能實時地見到調(diào)整后的公路形狀，使方案更加美觀、切實、可行。

在公路工程中土方量的費用在整個工程造價中占有相當(dāng)大的比例，精確計算出土方量尤為重要。利用公路三維實體模型計算土方量，與常用的斷面法、格網(wǎng)法相比，具有方便快捷、結(jié)果精確的特點。

2 AutoCAD技術(shù)在公路施工測量中的應(yīng)用[2]

在高速公路建設(shè)中,通常分為幾個標(biāo)段同時施工,每個標(biāo)段里一般包括路基及各種構(gòu)造物,如涵洞、中小橋、甚至大橋,少則幾座,多則十幾座,因此,施工測量任務(wù)十分繁重由于全站儀在工程測量中的普遍應(yīng)用,其極坐標(biāo)放樣功能使測量工作中出現(xiàn)錯誤所以測量的主要工作就是根據(jù)施工圖紙計算其各個部位的坐標(biāo),而如何快速、準(zhǔn)確地計算坐標(biāo)是關(guān)鍵所在。

應(yīng)用AutoCAD技術(shù)進(jìn)行坐標(biāo)定位計算,則可以做到事半功倍,并能取得良好的施工效果。

采用CAD計算結(jié)構(gòu)物坐標(biāo),能快速地對結(jié)構(gòu)物的每1個位置進(jìn)行放樣,大大降低了測量工作量,降低工作難度,在保證施工進(jìn)度的同時滿足了放樣精度的要求。

用AutoCAD技術(shù)進(jìn)行定位測量,得出的尺寸十分準(zhǔn)確,完全達(dá)到毫米級的精度,能為現(xiàn)場施工提供可靠的數(shù)據(jù)。

能最大限度地減少手工計算過程中造成的人為誤差。

3 GPS技術(shù)在公路施工測量中的應(yīng)用[3]

GPS,即全球衛(wèi)星定位系統(tǒng),是美軍于20世紀(jì)70年代初在“子午儀衛(wèi)星導(dǎo)航定位”技術(shù)上發(fā)展起來的具有全球性、全能性(陸地、海洋、航空與航天)、全天候性優(yōu)勢的導(dǎo)航定位、定時、測速系統(tǒng)。目前，GPS系統(tǒng)技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于公路測量之中，它具有常規(guī)測量技術(shù)不可比擬的優(yōu)勢：速度快、精度高、不要求點間通視等等。

公路路線一般處在一條帶狀走廊內(nèi)。其平面控制測量往往采用導(dǎo)線形式,對于重要構(gòu)造物如大橋、特大橋、長大隧道等,也有布設(shè)成三角網(wǎng)、線形鎖等形式。應(yīng)用常規(guī)測量方法的進(jìn)行測量有許多缺陷如規(guī)范對附合導(dǎo)線長、閉合導(dǎo)線長及結(jié)點導(dǎo)線間長度等有嚴(yán)格規(guī)定，一般在實際作業(yè)中難以達(dá)到,往往出現(xiàn)超規(guī)范作業(yè)；搜集到的用于路線測量控制的起算點間一般很難保證為同一測量系統(tǒng),國測、軍測、城市控制點往往混雜一起，如果用不兼容的起算點,勢必影響測量質(zhì)量；地面通視困難往往影響常規(guī)測量的實施。

使用GPS使用可以有效地克服以上的種種不足，其主要特點有：測站之間無需通視。GPS這一特點,使得選點更加靈活方便。但測站上空必須開闊,以使接收GPS衛(wèi)星信號不受干擾；定位精度高。在小于50km的基線上,其相對定位精度可達(dá)12×1026,而在100km～500km 的基線上可達(dá) 1026～1027；觀測時間短。在小于20 km的短基線上,快速相對定位一般只需5 min的觀測時間即可；提供三維坐標(biāo)。GPS測量在精確測定觀測站平面位置的同時,可以精確測定觀測站的大地高程。

4 TPS技術(shù)在公路施工測量中的應(yīng)用[4]

TPS是測速儀 (Tachymat)、電子經(jīng)緯儀(Theodlite)和全站儀(Total station)定位系統(tǒng)(Positioning System)的英文縮寫，可簡稱為全站儀定位系統(tǒng)。該系統(tǒng)是全站儀和計算機(jī)技術(shù)合為一體的真正體現(xiàn)。它為用戶提供了許多功能和廣泛的測量程序，是一種方便高效的測量設(shè)備。

該系統(tǒng)具有代表性的是全站儀，它是光學(xué)經(jīng)緯儀、電子測距儀與電子計算有機(jī)結(jié)合的產(chǎn)物。該儀器能測角、測距和測量高度。一臺儀器能夠完成三位全部測量元素的測量任務(wù)。該設(shè)備能夠自動記錄測量數(shù)據(jù)，提供數(shù)據(jù)存儲、轉(zhuǎn)換和計算功能，還提供后續(xù)測量程序開發(fā)功能。通過大屏幕液晶顯示器顯示，是用戶一目了然。鍵盤以及功能鍵便于理解和方便輸入。通過記錄卡、大容量電池和內(nèi)置應(yīng)用程序保證所有可提供部件集合一體。

全站儀提供了與電子計算機(jī)相連接口，實現(xiàn)了全站儀與計算機(jī)數(shù)據(jù)和程序自由交換，為計算機(jī)輔助設(shè)計(CAD)提供了良好的條件。該儀器具有定向與高程傳遞功能、已知點放樣功能和其他功能測量程序。因此，在公路勘測和施工中是不可缺少的測量儀器。

結(jié)論

隨著中國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對于路數(shù)量的要求也在不多的增多，對路質(zhì)量的要求也在不斷的增高，這就意味著公路建設(shè)的技術(shù)要求在不斷的提升，因此對測量技術(shù)要求也自然跟著提升，好在隨近幾十年基礎(chǔ)科學(xué)研究深入的也給公路測量注入了新的活力，數(shù)字化技術(shù)與傳統(tǒng)方式方法的結(jié)合必然會滿足當(dāng)前要求。其中三維實體建模技術(shù)、AutoCAD技術(shù)能在公路修筑前就看到修筑完后的效果；而GPS技術(shù)、TPS技術(shù)使測量的結(jié)果更加的精準(zhǔn)。正是這幾種技術(shù)的相互運用能讓我國的公路建筑業(yè)不斷地發(fā)展，讓我國的公路修筑技術(shù)不斷的提升。

[1]陳明建.三維實體建模技術(shù)在公路測量中的應(yīng)用研究[G].河海大學(xué)碩士論文.2007，4.

[2]蘇沛良,謝紹富.AutoCAD技術(shù)在高速公路施工測量中的應(yīng)用[J].水運工程.2003，8.

[3]李培榮.GPS及其在公路測量中的應(yīng)用[J].山西能源與節(jié)能.2002，3.

[4]周小安.公路測量[M].北京：人民交通出版社.2000.3.